行星際激光通訊——迄今最快達(dá)622M/s！

美國(guó)宇航局埃姆斯研究中心負(fù)責(zé)主管的“月球大氣與塵埃環(huán)境探測(cè)器”(LADEE)上搭載了一臺(tái)空間激光通信實(shí)驗(yàn)載荷，名為“月球激光通訊演示”(LLCD)。

這臺(tái)設(shè)備日前開(kāi)始運(yùn)行，向我們展示了在地球之外進(jìn)行激光雙向通訊是可行的，也讓未來(lái)進(jìn)行大量數(shù)據(jù)的星際激光傳輸成為可能。這項(xiàng)技術(shù)未來(lái)將可以讓深空探測(cè)器得以直接向地球發(fā)送立體高清視頻影像。

Don Cornwell表示：“LLCD設(shè)備的目標(biāo)是驗(yàn)證并建立我們對(duì)這項(xiàng)技術(shù)的信心，這樣在未來(lái)的項(xiàng)目中才會(huì)考慮將其投入應(yīng)用。”他說(shuō)：“這項(xiàng)由麻省理工學(xué)院林肯實(shí)驗(yàn)室開(kāi)發(fā)的獨(dú)特技術(shù)擁有令人難以置信的應(yīng)用前景，我們非常高興能將其裝載到衛(wèi)星上。”

從美國(guó)宇航局最初開(kāi)展航天活動(dòng)以來(lái)，不管是載人登月，航天飛機(jī)項(xiàng)目還是所有的自動(dòng)探測(cè)飛船，所有這些項(xiàng)目的通訊手段都是無(wú)線電，即所謂“RF”。但這項(xiàng)手段的局限性正逐漸顯現(xiàn)，因?yàn)樵谌蝿?wù)期間需要傳輸?shù)臄?shù)據(jù)量正不斷攀升。而空間激光通信技術(shù)的發(fā)展將賦予美國(guó)宇航局新的能力，從而能夠讓飛船發(fā)回分辨率更高的圖像，甚至從深空直接傳回立體的高清視頻錄像。

LLCD是美國(guó)宇航局首次開(kāi)展的利用激光替代無(wú)線電波進(jìn)行雙向空間通訊的試驗(yàn)系統(tǒng)?？滴譅柋硎荆?ldquo;相比目前最先進(jìn)的無(wú)線電通訊設(shè)備，LLCD將可以使用比前者小25%的功率，傳輸比前者多出6倍的數(shù)據(jù)量。并且相比無(wú)線電波，激光通訊受到的干擾更小，也不容易發(fā)生擁堵現(xiàn)象。”

此次LLCD實(shí)驗(yàn)是在美國(guó)宇航局的LADEE飛船上開(kāi)展的，這是一項(xiàng)設(shè)計(jì)壽命100天，由美國(guó)宇航局埃姆斯研究中心負(fù)責(zé)飛船的設(shè)計(jì)，建造，組裝，測(cè)試以及最后的運(yùn)行控制。LADEE將驗(yàn)證，當(dāng)年數(shù)次阿波羅計(jì)劃期間有宇航員反映在月球地平線上看到的神秘閃光現(xiàn)象，是否的確是由于懸浮的月球塵埃引發(fā)的，除此之外還將對(duì)月球稀薄的大氣開(kāi)展考察。

在近日開(kāi)展的實(shí)際驗(yàn)證中，LLCD設(shè)備在38.5萬(wàn)公里的距離上，達(dá)到了622兆每秒的下載速度，上載速度也達(dá)到每秒20兆，從而創(chuàng)造了行星際數(shù)據(jù)通訊的速度新紀(jì)錄。

美國(guó)宇航局的工程師們表示，這一下載速度比目前最先進(jìn)的無(wú)線電通訊手段的最大傳輸速率還要快6倍以上，而其上傳的速度則更是比目前的設(shè)備要快5000倍以上。

LADEE飛船花費(fèi)30天時(shí)間飛行之后已經(jīng)順利進(jìn)入月球軌道，在那之后進(jìn)行了短暫的設(shè)備調(diào)試，LLCD隨后啟動(dòng)，并將持續(xù)運(yùn)行約30天左右。

LLCD的主要任務(wù)是以每秒數(shù)億比特的速度從月球向地球發(fā)送數(shù)據(jù)。這相當(dāng)于同時(shí)傳輸100部高清電視頻道信號(hào)。LLCD的上傳信號(hào)也達(dá)到了每秒數(shù)千萬(wàn)比特，這些測(cè)試將為未來(lái)建立星際寬帶傳輸?shù)於夹g(shù)基礎(chǔ)。

美國(guó)宇航局在位于美國(guó)新墨西哥州白沙測(cè)試場(chǎng)建立了地面接收站，用于接收來(lái)自LLCD的信號(hào)。一個(gè)麻省理工學(xué)院的小組設(shè)計(jì)，制造并測(cè)試了這些用于信號(hào)接收的終端設(shè)備。該小組的成員也將在白沙試驗(yàn)場(chǎng)直接負(fù)責(zé)信號(hào)的接收工作。

除此之外還有兩外兩處地點(diǎn)，分別是位于美國(guó)加州的美國(guó)宇航局噴氣推進(jìn)實(shí)驗(yàn)室(JPL)，該機(jī)構(gòu)只負(fù)責(zé)接收信號(hào)。另外一處地點(diǎn)是由歐洲空間局(ESA)負(fù)責(zé)提供，位于西班牙在非洲的海外領(lǐng)地加那利群島。這里將具備與LLCD設(shè)備之間的雙向通訊能力?？滴譅柋硎荆?ldquo;多個(gè)地點(diǎn)將幫助我們最大程度減少由于云層等干擾因素而導(dǎo)致的意外情況。”

LLCD是一項(xiàng)短期試驗(yàn)項(xiàng)目，其將作為美國(guó)宇航局未來(lái)長(zhǎng)期驗(yàn)證項(xiàng)目“長(zhǎng)距離通訊中繼驗(yàn)證”(LCRD)的預(yù)先項(xiàng)目。它同時(shí)也是美國(guó)宇航局的“技術(shù)展示任務(wù)”項(xiàng)目的一部分，該項(xiàng)目旨在開(kāi)發(fā)那些能夠在太空極端環(huán)境下應(yīng)用的尖端科技。按照目前的計(jì)劃，LCRD將于2017年前后發(fā)射升空。

美國(guó)宇航局的工程師們相信這項(xiàng)技術(shù)未來(lái)將極大擴(kuò)展地球之外星際空間的通信便利性。在過(guò)去，美國(guó)宇航局便曾經(jīng)嘗試過(guò)利用一些單獨(dú)的脈沖信號(hào)向運(yùn)行在木星，火星和水星的飛船發(fā)送信號(hào)。

而在近期，美國(guó)宇航局的工程師們還嘗試著將一幅達(dá)芬奇的名作《蒙娜麗莎》發(fā)送給了正在月球軌道運(yùn)行的“月球勘測(cè)軌道器”(LRO)?？滴譅柋硎荆?ldquo;但這還是在每秒數(shù)百比特的速度條件下進(jìn)行的，而LLCD將是首個(gè)光通訊系統(tǒng)，它將以比這快數(shù)百萬(wàn)倍的速度進(jìn)行數(shù)據(jù)傳輸。”

在此之前歐洲空間局已經(jīng)在地球軌道上驗(yàn)證了不同衛(wèi)星之間進(jìn)行激光通訊的可行性。就在不久之前歐洲人發(fā)射了一顆名為“α衛(wèi)星”(Alphasat)的試驗(yàn)衛(wèi)星，并驗(yàn)證了從近地軌道上與另一顆運(yùn)行在地球靜止軌道上的衛(wèi)星之間開(kāi)展激光通訊的可信性。而相比歐洲的此次實(shí)驗(yàn)，美國(guó)人的LLCD設(shè)備的通訊帶寬將是前者的10倍。

美國(guó)宇航局正尋求將激光通訊技術(shù)作為該機(jī)構(gòu)下一代空間通訊系統(tǒng)的基礎(chǔ)。康沃爾表示：“我們甚至可以設(shè)想未來(lái)在開(kāi)展飛往小行星的自動(dòng)機(jī)器人任務(wù)時(shí)使用激光通訊手段。那樣我們就將能傳輸立體高清視頻信號(hào)，從而達(dá)到近似于現(xiàn)場(chǎng)直播一般的效果。”